解析空中三角测量发展

解析空中三角测量最新发展

《摄影测量学》（上）第八章武汉大学遥感信息工程学院摄影测量教研室主要内容摄影测量加密方法的回顾摄影测量区域网联合平差GPS

辅助空中三角测量POS

辅助空中三角测量一、传统摄影测量加密XZYSS高程控制点平高控制点待定点航带法

解求航线的非线性改正参数

独立模型法

解求模型的相似变换参数光束法

解求像片的外方位元素及物点坐标传统摄影测量加密的三种方法像片坐标初步航带平差计算/量测航线区域网平差计算/量测独立模型相对定向航线构成光束法独立模型法航带法传统的摄影测量目标定位过程

像控测量获得GCP坐标空三加密解算像片外方位元素Xs,Ys,Zs,,,前方交会解算地面点坐标航空摄影外业控制空三加密将原始的大地测量观测值、一般的控制信息和/或相对控制条件与摄影测量观测值一起进行平差，以取代地面控制点二、摄影测量与大地测量

观测值的联合平差大地测量观测值距离角度天文经纬度局部坐标像片外方位元素高差仪记录摄站坐标像片姿态摄站间坐标差相对控制条件湖面等高平面圆周共线摄影测量观测值误差方程共线条件误差方程像片未知数坐标未知数空间距离观测值误差方程的建立误差方程空间距离误差方程矩阵形式i

(Xi,Yi,Zi)j

(Xj,Yj,Zj)联合平差中法方程的构建和求解误差方程矩阵形式法方程解的矩阵形式联合平差法方程系数阵3×21片光束法区域网加入16个距离观测值后的法方程系数阵结构图联合平差中法方程的构建和求解带有条件的间接平差误差方程矩阵形式法方程解的矩阵形式k为联系数＝条件式个数联合平差法方程系数阵3×21片光束法区域网加入16个距离观测值后的法方程系数阵结构图边框宽度为16利用安装于飞机上与航摄仪相连接的和设在地面一个或多个基准站上的至少两台GPS信号接收机同步而连续地观测GPS卫星信号、同时获取航空摄影瞬间航摄仪快门开启脉冲，经GPS载波相位测量差分定位技术的离线数据后处理获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标，然后将其视为带权观测值引入摄影测量区域网平差中，经采用统一的数学模型来整体确定地面目标点位和像片方位元素，并对其质量进行评定的理论、技术和方法GPS-supportedAerialTriangulation三、GPS辅助空中三角测量单差分方式相对动态GPS定位示意图带GPS的航空摄影GPS辅助空中三角测量XZYSS待定点高程控制点平高控制点作业过程现行航空摄影系统改造及偏心测定带GPS接收机的航空摄影解求GPS摄站坐标GPS摄站坐标与摄影测量数据联合平差，以确定目标点位并评定其质量GPS辅助航空摄影系统天线航摄仪GPS天线GPS接收机现行航空摄影系统改造GPS航空摄影系统的空间偏移YZXGPS摄站坐标解求依照Kalman滤波递推算法，求出每一观测历元时刻机载GPS天线的空间坐标利用插值方法，由相邻两个历元的GPS天线位置内插航摄仪曝光时刻GPS摄站坐标武汉大学研制成功了相应的GPS差分动态定位软件DDkin（GPSkinematicpositioning）状态方程观测方程GPS动态定位软件DDkinGPS辅助光束法平差误差方程是在自检校光束法区域网平差基础上顾及投影中心与机载GPS天线相位中心几何关系所得到的一个基础方程法方程仍为镶边带状矩阵,但边宽加大了,而其良好稀疏带状结构并没有破坏。因此可用传统的边法化边消元的循环分块解法求解测区两端必须要布设足够的地面控制点或采用特殊的像片覆盖图投影中心与GPS天线相位中心之几何关系A机载GPS天线相位中心航摄仪投影中心SMZYXuvwxyGPS摄站坐标误差方程顾及动态GPS定位之系统误差线性化之误差方程GPS辅助光束法误差方程将GPS摄站坐标视为带权观测值引入自检校光束法平差所得到的一个基础方程GPS辅助光束法法方程与常规光束法比较法方程边宽加大了,但其良好稀疏带状结构并没有破坏GPS辅助光束法区域网平差法方程系数阵

ABCDEFGHIJKLMNO

crd加密点坐标未知数像片外方位元素未知数附加参数

1

3

57

9

11

13

15

17

19转

置

对项称×1234567891011121314151617181920ABCDEFGHIJKLMNO1，2，…，20待定点名

A，B，…，O像片名

平高地面控制点×××××××××××××××航空摄影模式构架航线构架航线

a、四角平高控制点＋

2排高程控制点

b、四角平高控制点＋

2条垂直构架航线平高地面控制点高程地面控制点建议采用的地面控制方案中国GPS空三试验区分布图承德(1998)面积:81000km2黑龙江(1996~1998)

面积:17600km2北京(1996~1998)

面积:205km2

天津(1995)面积:1100km2太原(1994)面积:10km2中越边界(1996~1998)

面积:10700km2海南岛(1996~1998)

面积:30000km2总面积：500000km2加密区：150000km2新疆(2002~2004)面积:142000km2酒泉(2004)面积:32000km2秦岭(2004)面积:24000km2敦煌(2004)面积:25000km2GPS辅助光束法区域网平差实例区域网基本参数项目参数航摄飞机运-12航摄仪LeicaRC-30航摄胶片Kodak2444航摄仪主距153.84mm摄影比例尺1:2500航向重叠61％旁向重叠32％航线9条构架航线2条像片255张地面控制点72个加密点3632个区域范围4km×5km

平差计算实例GPS摄站坐标观测值文件各种观测值权的设定自由航带网概略绝对定向GPS辅助光束法区域网平差WuCAPS加密结果的比较

(2004年航空摄影,航摄比例尺1:2500,平地)2444胶片，RC-30(153mm)，区域为9×21，Trimble5700，1s数据更新率明显地物点(常规光束法平差须布设个23平高点和个16高程点)对于1:500航测成图，检查点不符值：平面<0.25m，高程<0.30m太原试验

(1994年航空摄影,航摄比例尺1:5000,丘陵地形)太原试验

(1994年航空摄影,航摄比例尺1:5000,丘陵地形)GPS辅助空三结果分析带地面控制的GPS辅助光束法区域网平差理论精度非常好：平面1.2so~2.8so，高程2.0so~4.4so，达到自检校光束法区域网平差精度实际精度：平面1.6so~4.3so，高程1.3so~3.1so，高程方面与理论精度完全符合，平面位置由于内业判点误差等导致与理论精度有一定差距。但平差结果完全满足测图控制对加密成果的精度要求无地面控制GPS辅助光束法区域网平差具有较大的系统误差，实际精度与理论精度相差较远。但成果仍能满足了1:25000地形图航测成图精度要求GPS航空摄影测量技术20年回眸我国西部困难地区测图最经济、最成熟的方法

利用区域两端加飞垂直构架航线的航摄方案，在四角带有地面控制点时，完全可以满足1:10000比例尺地形测图的加密精度要求；无地面控制时，完全可以满足1:50000比例尺地形测图的加密精度要求

GPS辅助航空摄影测量技术应用于1:10000地形图测绘，粗略估算，可减少外业30%—40%工作量，可极大地缩短航测成图周期已完成新疆地区552幅1:10000地形图的测绘任务

2004年，新疆巴州测区174幅

2005年，新疆阿克陶测区30幅、喀什测区131幅、阿图什测区89幅和库尔勒测区128幅GPS航空摄影测量技术用于西部测图展望配合数码航空摄影可以明显提高测图效率

在沙漠、地势较为平坦地区可考虑采用数码航空摄影在山区、高山区可考虑采用短焦距的模拟航空摄影采用精密单点定位技术可以显著降低作业难度

初步试验证实，在带有四角地面控制的GPS辅助光束法区域网平差中，采用单点定位与差分定位所获取的地面目标点的精度是一致的如果在西部地区布设适量的GPS地面跟踪站，采用GPS航空摄影技术可以不用设置地面基准站POS

PositionOrientationSystemGPS

接收机IMU惯性测量装置中央控制器测定传感器的位置和姿态AEROcontrol机载定位定姿系统3套POS机载定位定姿系统8套POS系统IMU安装POS航空摄影系统天线GPS接收机航摄仪航摄相机导航控制系统IMU高精度姿态测量系统

IMU与相机连接架机载DGPS天线地面DGPS基站接收机

POS系统目前国际商用系统：

1、加拿大POS系统 2、德国AerocontrolIId系统POS系统直接测量摄影时刻像片位置与姿态精度POS航空摄影系统的空间偏移

POSRTTM

数据下载软件

POSProcTM

GPS辅助惯性导航与回归平滑模块

POSGPSTM

差分GPS数据处理模块

POSEOTM

像片外方位元素计算模块

POSCalTM

POS系统检校与质量控制模块

STGTM

连接点半自动量测模块POS系统处理软件POS在摄影测量中的应用空间前方交会解算地面点坐标

（直接传感器定向）POS辅助空中三角测量

（集成传感器定向）POS系统测定像片外方位元素

Xs,Ys,Zs,,,空间前方交会单模型点投影系数法多片最小二乘平差法A机载GPS天线相位中心航摄仪投影中心SMZYXuvwxyPOS辅助空中三角测量POS辅助空中三角测量IIMU旋转中心航摄仪投影中心SMZYXuvwxyxIyIzIPOS系统误差的检校检校场POS辅助光束法区域网平差实例区域网基本参数项目参数航摄飞机运-12航摄仪LeicaRC-30航摄胶片Kodak2444航摄仪主距153.84mm摄影比例尺1:2500航向重叠61％旁向重叠32％航线9条构架航线2条像片255张地面控制点72个加密点3632个区域范围4km×5km

平差计算实例POS外方位元素观测值文件各种观测值权的设定直接定向法立体模型恢复POS辅助光束法区域网平差WuCAPSPOS